CAN-buss-teknologi blir stadig mer utbredt. Men på grunn av alvorlig elektromagnetisk interferens i felt som industrielt utstyr og industriell automasjon, er det spesielt viktig å sikre normal CAN-buss-kommunikasjon. Denne artikkelen vil analysere årsakene til elektromagnetisk interferens i bussnettverk som bruker høyhastighets CAN FD-transceivere-, samt spesifikke løsninger for forbedring.
Elektromagnetisk kompatibilitetsanalyse i CAN FD-nettverk
Ved utforming av elektroniske produkter har ytelsen til elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) en betydelig innvirkning på systemet og er avgjørende for dets normale og stabile drift. Obligatoriske restriksjoner på elektromagnetisk kompatibilitet til elektroniske produkter er allerede implementert over hele verden, og EMC-ytelse har blitt en nøkkelindikator for produktkvalitet.
Elektromagnetisk kompatibilitet omfatter først og fremst to aspekter: det ene er den negative elektromagnetiske interferensen som genereres av selve produktet, kjent som elektromagnetisk interferensutslipp (EMI); den andre er produktets følsomhet for eksterne elektromagnetiske signaler, kjent som elektromagnetisk følsomhet (EMS). Interferenskilden, koblingsveien og sensitivt utstyr er de tre essensielle elementene for elektromagnetisk kompatibilitet, og ingen kan utelates.
Elektromagnetiske interferenssignaler kan kobles gjennom to veier: ledet og utstrålt. Avhengig av koblingsmekanismen, klassifiseres interferens i vanlig-modusinterferens og differensiell-modusinterferens. Vanlig-modusinterferens oppstår mellom alle signallinjer (inkludert signallinjer, datalinjer og kraftlinjer) og jord, mens differensiell-modusinterferens oppstår mellom signallinjer.
Tiltak for å forbedre elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) faller inn i tre kategorier: forbedring av EMC-ytelsen til selve det elektroniske utstyret, bruk av skjermingsteknologi for å undertrykke utstrålt kobling, og bruk av isolasjon for å undertrykke ledet kobling.
1. EMC Design
Utformingen av master- og slavekretskortene er avgjørende for systemets EMC, og et kretskorts evne til å sende ut og motta elektromagnetisk stråling er ofte konsistent. En forbedring av et kretskorts immunitet mot interferens undertrykker derfor også dets elektromagnetiske stråling. Nøkkelfaktorene i PCB EMC-design inkluderer følgende:
Komponentvalg og layout
Velg komponenter med god EMC-ytelse og prioriter overflatemontert-emballasje når det er mulig. Ordne komponenter logisk, plasser relaterte komponenter så tett sammen som mulig for å minimere ledningslengdene mellom delene. Spesielt må krystalloscillatorene som fungerer som klokkekilder for mikrokontrollere og CAN-kontrollere plasseres i henhold til spesifikasjoner; ellers vil de ikke svinge.
Riktig bakkeoppsett for å redusere bakkeimpedansen
Jordpotensialet fungerer som referansepotensialet for alle signaler. Ideelt sett bør alle jordpunkter på PCB være på samme potensial; På grunn av jordimpedans eksisterer det imidlertid potensielle forskjeller mellom jordingspunkter. Derfor bør jordimpedansen minimeres så mye som mulig. Den mest effektive metoden er å bruke et flerlagskort med et dedikert jordplan i midten.
Stabilisering av strømforsyningen
Unideelle forhold, slik som transiente effekter under logisk port-utgangstilstandsoverganger og tilstedeværelsen av kraftledningsimpedans, introduserer uunngåelig støy i strømforsyningslinjene. Denne støyen forårsaker ikke bare unormal kretsdrift, men genererer også betydelig elektromagnetisk stråling. I tillegg til å bruke et kraftledningsnett for å redusere induktansen og impedansen til kraftledningene, kan lagringskondensatorer også brukes.
2. Elektromagnetisk stråling og elektromagnetisk skjerming
Elektromagnetisk skjerming er en av nøkkelmetodene for å løse problemer med elektromagnetisk kompatibilitet. Det forstyrrer ikke normal drift av kretser og krever ikke kretsendringer. Effektiviteten til et skjold måles ved dets skjermingsytelse, som består av to komponenter: refleksjonstap og absorpsjonstap. Å opprettholde den elektriske kontinuiteten til skjoldet er avgjørende for effektiviteten. CAN-busskabler er svært utsatt for både stråling og mottak av forstyrrelser.
Sløyfeområdet mellom de to ledningene i en tvunnet -parkabel er veldig lite, og strømmene som induseres i to tilstøtende sløyfer er i motsatte retninger, og kansellerer dermed hverandre. Jo strammere vridningen i den tvunnede-kabelen er, desto mer uttalt blir denne effekten. For å redusere krysstale mellom de to CAN-bussene i nettverkssystemet, bør hvert par tvunnet-par kabler skjermes separat, og eventuelle ubrukte ledere i kabelen skal kobles til signaljord.
Øk vridningstettheten; jordet skjoldet
3. Ledet interferens og signalisolasjon
Under normal systemdrift inkluderer komponenter som genererer betydelig ledet interferens svitsjingsstrømforsyninger, servostasjoner og I/O-kontrollenheter. Imidlertid er den mest skadelige typen interferens transient interferens, som er preget av kort varighet, høy amplitude og lav effekt.
Former for transient interferens inkluderer: raske elektriske pulsgrupper generert når tilstanden til en motor endres; overspenninger forårsaket av lynnedslag eller høy-strøm påslag av kabler; og induksjon av elektrostatisk utladning (ESD). Ledet interferens er hovedsakelig vanlig-modus, selv om noen differensiell-modusinterferens også forekommer. EMC-tiltak som brukes i systemet for å sikre påliteligheten til CAN-busskommunikasjon inkluderer: signalbeskyttere, transient spenningsdemper (TVS) dioder, isolerte transceivere og optisk isolasjon.
Signalbeskytter
Eksterne dedikerte signalbeskyttere eliminerer forstyrrelser; for eksempel absorberer ZF-12Y2 interferens, og CANFDbridge fungerer som en isolator.
Signalbeskytter og CANFDBridge-isolasjon
Transient spenningsdemper (TVS)
Transientspenningsdempere er koblet parallelt mellom signallinjen og signaljord for å beskytte kabler mot høye-spenningsstøt forårsaket av lynnedslag eller elektrostatisk utladning. Når spenningen over TVS-en overskrider en viss terskel, leder enheten raskt, og sprer dermed overspenningsenergien og begrenser spenningsamplituden til et spesifikt område.
Isolerte transceivere
Isolering er en ideell løsning for å adressere ført interferens, og tilbyr utmerket elektrisk isolasjon og interferensimmunitet. Når du velger en isolert transceiver, må overføringsforsinkelse være den primære vurderingen, da den påvirker både overføringsavstanden og kvaliteten på bussen. Det anbefales å bruke den magnetisk isolerte CTM5MFD for å designe grensesnittsender/mottakerkretsen.
Optisk isolasjon
Optisk isolasjon er en ideell løsning for å løse problemer med ledningsinterferens, siden den tilbyr utmerket elektrisk isolasjon og interferensimmunitet. Når du velger optokoblere, må to parametere vurderes: forplantningsforsinkelse og vanlig-modusavvisning (CMR). Forutsatt at utbredelsesforsinkelsen oppfyller kravene til datakommunikasjonsoverføringshastighet, bør modeller med høy felles-modusavvisning velges når det er mulig. Metoden for å måle felles-modusavvisningsevnen til en optokobler er den maksimale vanlige-modusspenningsstigningshastigheten (CMH/CML) som utgangen kan tåle mens den forblir høy (lav). Etter implementering av optisk isolasjon, må strømforsyningsisolasjon også brukes.
Sammendrag
Strålingen fra ulike interferenskilder er kompleks, og fullstendig eliminering av elektromagnetisk interferens er en umulig oppgave. Basert på de grunnleggende prinsippene for elektromagnetisk kompatibilitet, kan det imidlertid iverksettes tiltak for å minimere elektromagnetisk interferens og holde den innenfor systemets tolerable grenser, og dermed sikre pålitelig drift av systemet eller utstyret. Forbedringstiltakene skissert ovenfor kan effektivt forbedre den elektromagnetiske kompatibilitetsytelsen til CAN FD-enheter.